水聲功率放大器與水聲寬帶換能器如何匹配的研究

低頻寬帶的水聲發(fā)射聲源是現(xiàn)代水聲發(fā)展的方向中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。如果想讓水聲信號(hào)能夠保持高保真、寬帶、大功率發(fā)射，那就需要使用好的線性功率放大器和換能器，而且必須讓水聲功率放大器和換能器相互匹配。水聲功率放大器與水聲寬帶換能器如何匹配呢，我們一起來(lái)看看。

水聲功率放大器和寬帶水聲換能器在寬頻帶內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)良好的匹配。這是因?yàn)楣β史糯笃鞯墓β适谴_定的，當(dāng)確定輸出電壓以后，也就確定了輸出阻抗。當(dāng)負(fù)載阻抗和輸出阻抗不同的時(shí)候，都會(huì)影響到功率放大器的效率和輸出功率。寬帶水聲換能器隨著頻率改變阻抗，如果功率放大器不能和換能器匹配，就會(huì)造成阻抗失配，影響功率放大器的輸出功率，而且造成功率放大器無(wú)法工作。

想要提高發(fā)聲系統(tǒng)的匹配效率，就要讓換能器當(dāng)作負(fù)載通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)以后對(duì)功率放大器的阻抗接近恒定值。

功率放大器和寬帶換能器之間接入匹配網(wǎng)絡(luò)，能夠改善負(fù)載阻抗的特性，利用網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，可以對(duì)換能器發(fā)射電壓峰值點(diǎn)和谷點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，從而改善電壓響應(yīng)特性。

圖：匹配網(wǎng)絡(luò)的電原理圖

功率放大器和換能器之間的匹配網(wǎng)絡(luò)一般由R、L、C和寬帶變壓器組成。上面是一種匹配網(wǎng)絡(luò)，它的目的是對(duì)寬帶換能器的低頻端和高頻端進(jìn)行阻抗匹配和電壓補(bǔ)償。Cs、Lp在低頻端補(bǔ)償換能器，它們數(shù)值大；用Ls和換能器自身的Cz對(duì)高頻端補(bǔ)償，Ls的值很??；電阻R和換能器并聯(lián)從而減小負(fù)載電阻的變化范圍。

Ls和Cz的值很小，作用可以忽略，換能器和R并聯(lián)后其電阻值在低頻端的范圍內(nèi)可以看作定值。網(wǎng)絡(luò)低頻端簡(jiǎn)化后的電路圖見(jiàn)下圖。

圖：匹配網(wǎng)絡(luò)低頻端等效電路圖

匹配網(wǎng)絡(luò)工作在大功率的時(shí)候，元器件需要滿足功率要求，電容要用無(wú)極性電容，耐壓大于網(wǎng)絡(luò)可能的最大電壓，電感元件要有足夠的電流容量，同時(shí)在最大工作電壓下不產(chǎn)生磁飽和。

在寬帶大功率水聲發(fā)射器材中，通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)功率放大器推動(dòng)寬帶水聲換能器。而發(fā)射能夠覆蓋聲納工作頻帶的低頻大功率聲信號(hào)，降低器材重量，并且改善匹配狀態(tài)，從而提高器材的工作效率。

圖：低頻寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)等效電路圖

水聲換能器的阻抗特性比揚(yáng)聲器復(fù)雜很多，所以網(wǎng)絡(luò)元器件參數(shù)要仔細(xì)選取，通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定效果。

ATA-L系列是一款寬頻帶能輸出較大功率的單通道放大器，最大輸出1200Vrms電壓，6500VA功率，可驅(qū)動(dòng)0~100%的阻性或非阻性負(fù)載，客戶(hù)可根據(jù)測(cè)試需求靈活調(diào)節(jié)。

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審核編輯黃宇